專利名稱：一種低能耗回收生物柴油生產(chǎn)中過量甲醇的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于節(jié)能領(lǐng)域，涉及一種低能耗回收生物柴油生產(chǎn)中過量甲醇的裝置。
背景技術(shù)：
2011年2月1日我國開始實(shí)施生物柴油B5標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)將生物柴油定義為由動植物油與醇(例如甲醇或乙醇)經(jīng)酯交換反應(yīng)制得的脂肪酸單烷基酯。因?yàn)榧状嫉膬r格優(yōu)勢，生物柴油通常為脂肪酸甲酯(FAME)。生物柴油是一種環(huán)境友好的可再生能源，美國、歐洲分別用大豆油和菜籽油做原料。我國是一個食用油進(jìn)口國，昂貴的原料價格是制約生物柴油產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的瓶頸。另一方面，食用油使用過程中產(chǎn)生的廢油脂一般為食用油總量的20-30%，我國廢油脂總量估計(jì)在500萬噸以上。廢油脂中含有很多致癌物質(zhì)，對人的健康威脅極大。國家現(xiàn)在禁止將這些餐飲廢棄油脂喂養(yǎng)家畜，利用這些原料生產(chǎn)生物柴油真是化害為利的一個經(jīng)濟(jì)可行的途徑。目前生物柴油企業(yè)普遍采用堿催化方法合成生物柴油，要求原料油的游離脂肪酸含量小于1%。廢油脂游離脂肪酸含量高，地溝油經(jīng)常達(dá)到50%，游離脂肪酸需要和甲醇反應(yīng)將酸值降低，再通過堿催化酯交換兩步法合成生物柴油。但是酯化過程是一個可逆反應(yīng)， 需要加入過量甲醇。后續(xù)的堿催化酯交換反應(yīng)也需要加入過量甲醇，甲醇通常是所需理論量的2-3倍。以含游離脂肪酸50%的地溝油為例，預(yù)酯化和酯交換反應(yīng)加入甲醇為理論摩爾數(shù)的10倍以上，這樣就有超過9倍摩爾數(shù)的甲醇需要回收。簡單蒸餾回收的甲醇含水量過高，目前生物柴油生產(chǎn)采用精餾工藝提純甲醇。甲醇精餾過程能耗高，特別是用地溝油酸化油等高酸價廢油脂生產(chǎn)生物柴油，需要加入大過量的甲醇，增加了生產(chǎn)成本。因此，國內(nèi)即使用地溝油等廢油脂生產(chǎn)生物柴油市場競爭優(yōu)勢仍不明顯，原料和市場價格稍有波動，企業(yè)就無法盈利生產(chǎn)，許多致力于發(fā)展生物柴油的企業(yè)在沒有政府補(bǔ)貼的情況下都處于虧損的邊緣。本實(shí)用新型在甲醇蒸餾回收過程使用膜滲透氣化技術(shù)分離甲醇中少量水，減少精餾過程，節(jié)約能量消耗，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，促進(jìn)生物柴油的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種低能耗回收生物柴油生產(chǎn)中過量甲醇的裝置。本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型裝置包括預(yù)酯化裝置、轉(zhuǎn)酯化裝置及膜分離甲醇回收裝置三部分，以高酸價廢油脂為處理原料。預(yù)酯化裝置主設(shè)備包括裝有固體酸催化劑的固定床反應(yīng)器，分離甲醇和油脂的連續(xù)分相器。轉(zhuǎn)酯化裝置主設(shè)備包括活塞流反應(yīng)器和分離粗甘油和粗生物柴油的連續(xù)分相器。這兩項(xiàng)技術(shù)都是同一申請人已經(jīng)公開并授權(quán)的專利，專利號分別為 ZL200620061332. 1 和 ZL200610036419. 8。[0010]膜分離甲醇回收裝置包括滲透汽化膜組件，通過滲透汽化膜組件的甲醇蒸汽分別來自兩個薄膜蒸發(fā)器。一個薄膜蒸發(fā)器將高酸價原料油預(yù)酯化完成后分離出的過量甲醇連續(xù)蒸發(fā)汽化，薄膜蒸發(fā)器剩余料液回送到預(yù)酯化反應(yīng)釜。另一個薄膜蒸發(fā)器將轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)剩余甲醇連續(xù)汽化，剩余組份經(jīng)連續(xù)分相器分為粗甘油和粗生物柴油。所述滲透汽化膜組件可以為已有的分子篩膜等無機(jī)組件或聚乙烯醇有機(jī)膜組件，能夠有效分離甲醇中的少量水。膜分離甲醇回收裝置還包括與滲透汽化膜組件連通的由冷凝器和接收罐組成的甲醇蒸汽冷凝接收裝置，及由滲透液冷凝系統(tǒng)、水接收罐、緩沖罐和真空泵組成的透過液(主要成份為水)的冷凝接收裝置。脫水后的甲醇冷凝后可直接送入原料油的固定床預(yù)酯化反應(yīng)裝置，可連續(xù)重復(fù)使用回收甲醇。所述滲透汽化膜組件的滲透汽化膜主要性能指標(biāo)為滲透通量和分離系數(shù)。單位時間內(nèi)單位面積透過液的量為滲透通量J J(g/m2 · h)=透過液體量/膜面積X透過時間。將冷凝液用氣相色譜分析，得到各組分的濃度，從而求出分離系數(shù)a a = C1A (I-CA) /CA (I-C1A) (Α 組分優(yōu)先透過膜)。其中CA和C1A分別表示優(yōu)先透過組分A在供給液和透過液中重量百分濃度。本實(shí)用新型的積極效果如下采用滲透汽化膜分離技術(shù)分離回收生物柴油生產(chǎn)需要的過量甲醇，和甲醇精餾回收過程比較，可以降低生物柴油的生產(chǎn)成本。特別是利用地溝油、酸化油等廢油脂生產(chǎn)生物柴油，預(yù)酯化過程需要加入大過量的甲醇，將滲透汽化膜分離和薄膜蒸發(fā)器內(nèi)甲醇的連續(xù)蒸發(fā)過程耦合，再結(jié)合已經(jīng)申請專利的固體酸催化預(yù)酯化和連續(xù)分相技術(shù)，在降低生產(chǎn)過程成本的同時，實(shí)現(xiàn)地溝油生物柴油的連續(xù)生產(chǎn)，形成綠色環(huán)保的生產(chǎn)工藝。

圖1是本實(shí)用新型裝置結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說明1固定床反應(yīng)器；2分離甲醇和油脂的連續(xù)分相器；3活塞流反應(yīng)裝置；4蒸發(fā)預(yù)酯化油脂中甲醇的薄膜蒸發(fā)器；5蒸發(fā)轉(zhuǎn)酯化油脂中甲醇的薄膜蒸發(fā)器；6 分離粗甘油和粗生物柴油的連續(xù)分相器；7滲透汽化膜組件；8滲透液冷凝系統(tǒng)；9水接收罐；10緩沖罐；11甲醇冷凝系統(tǒng)；12甲醇接收罐；13真空泵。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明，但實(shí)施例不對本實(shí)用新型保護(hù)范圍構(gòu)成限制。如圖1所示，本實(shí)施例裝置結(jié)構(gòu)如下設(shè)有裝有固體酸催化劑的固定床反應(yīng)器1， 固定床反應(yīng)器1上設(shè)有原料廢油脂入口與甲醇入口，固定床反應(yīng)器1通過管道連通分離甲醇和油脂的連續(xù)分相器2。連續(xù)分相器2通過管道連通活塞流反應(yīng)裝置3并向活塞流反應(yīng)裝置3輸入油脂，此外連續(xù)分相器2還通過管道連通蒸發(fā)預(yù)酯化油脂中甲醇的薄膜蒸發(fā)器
4?；钊鞣磻?yīng)裝置3上另設(shè)有甲醇與堿入口，并連通蒸發(fā)轉(zhuǎn)酯化油脂中甲醇的薄膜蒸發(fā)器
5。薄膜蒸發(fā)器5連通分離粗甘油和粗生物柴油的連續(xù)分相器6，連續(xù)分相器6上分別設(shè)有甘油與粗生物柴油出口。薄膜蒸發(fā)器4與薄膜蒸發(fā)器5上均設(shè)有甲醇蒸汽出口，兩者的甲醇蒸汽會合后輸入滲透汽化膜組件7。滲透汽化膜組件7上一個出口通過甲醇冷凝系統(tǒng)11 連通甲醇接收罐12以回收甲醇；另一個出口依次連通滲透液冷凝系統(tǒng)8、水接收罐9、緩沖罐10、真空泵13，以回收透過液(主要成份為水)。薄膜蒸發(fā)器4的剩余料液出口可連通固定床反應(yīng)器1，以將薄膜蒸發(fā)器剩余料液回送到固定床反應(yīng)器1。甲醇接收罐12可連通固定床反應(yīng)器1的甲醇入口，可連續(xù)重復(fù)使用回收甲醇。上述裝置可分為預(yù)酯化裝置、轉(zhuǎn)酯化裝置及膜分離甲醇回收裝置三大部分。預(yù)酯化裝置包括管道連通的固定床反應(yīng)器1和分離甲醇和油脂的連續(xù)分相器2，轉(zhuǎn)酯化裝置包括活塞流反應(yīng)裝置3和連續(xù)分相器6，膜分離甲醇回收裝置包括甲醇蒸汽及滲透液回收的部件。實(shí)施例采用實(shí)驗(yàn)室合成聚乙烯醇乙二醛交聯(lián)膜，在流速u為2. 5m · S、滲透測壓力為 lOOOPa，溫度60°C下，膜性能為通量J為3. 280kg .h—1 ·πΓ2，，選擇性α為88. 9。膜組件面積為lm2，膜池的槽道寬為21. 66cm，深為14. 44cm，槽道總長為4. 62m，槽道設(shè)計(jì)為折流形。通過固定床反應(yīng)裝置1的地溝油游離脂肪酸含量50%，流量180kg ,甲醇流量 200kg · IT1。通過連續(xù)分相器2分離后，9kg的甲醇參加了酯化反應(yīng)，3kg的甲醇留在油脂相，189kg · h"1的甲醇經(jīng)過薄膜蒸發(fā)器4蒸發(fā)進(jìn)入滲透汽化膜組件7。經(jīng)過連續(xù)分相器2的廢油脂游離脂肪酸低于1%，在活塞流反應(yīng)器3和甲醇在堿催化劑的作用下發(fā)生轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)，甲醇流量23kg · h—1，反應(yīng)后在薄膜蒸發(fā)器5連續(xù)蒸發(fā)甲醇， 16kg · h"1甲醇進(jìn)入到滲透汽化膜組件7。滲透汽化膜組件甲醇處理量205kg · tT1，進(jìn)料液甲醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為96-97%，通過滲透汽化膜分離后甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99 %。經(jīng)過計(jì)算，利用滲透汽化膜組件甲醇回收的能量消耗2. 44X 105kJ · IT1。理論計(jì)算相同條件下精餾過程回收甲醇消耗能量8. 96X 105kJ · h—1。本實(shí)施例可以節(jié)約70%以上的能量。
權(quán)利要求1.一種低能耗回收生物柴油生產(chǎn)中過量甲醇的裝置，其特征在于固定床反應(yīng)器(1) 上設(shè)有原料廢油脂入口與甲醇入口，固定床反應(yīng)器(1)通過管道連通分離甲醇和油脂的連續(xù)分相器O)；連續(xù)分相器( 通過管道連通活塞流反應(yīng)裝置( 并向活塞流反應(yīng)裝置(3) 輸入油脂，此外連續(xù)分相器( 還通過管道連通蒸發(fā)預(yù)酯化油脂中甲醇的薄膜蒸發(fā)器； 活塞流反應(yīng)裝置C3)上另設(shè)有甲醇與堿入口，并連通蒸發(fā)轉(zhuǎn)酯化油脂中甲醇的薄膜蒸發(fā)器 (5)；薄膜蒸發(fā)器( 連通分離粗甘油和粗生物柴油的連續(xù)分相器(6)，連續(xù)分相器(6)上分別設(shè)有甘油與粗生物柴油出口 ；薄膜蒸發(fā)器(4)與薄膜蒸發(fā)器(5)上均設(shè)有甲醇蒸汽出口，兩者的甲醇蒸汽會合后輸入滲透汽化膜組件(7)；滲透汽化膜組件(7)上一個出口通過甲醇冷凝系統(tǒng)(11)連通甲醇接收罐(1 以回收甲醇；另一個出口依次連通滲透液冷凝系統(tǒng)(8)、水接收罐(9)、緩沖罐(10)、真空泵(13)，以回收透過液。
2.如權(quán)利要求1所述的低能耗回收生物柴油生產(chǎn)中過量甲醇的裝置，其特征在于甲醇接收罐(1 連通固定床反應(yīng)器(1)的甲醇入口，可連續(xù)重復(fù)使用回收甲醇。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低能耗回收生物柴油生產(chǎn)中過量甲醇的裝置，其特征在于， 薄膜蒸發(fā)器的剩余料液出口連通固定床反應(yīng)器(1)。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種低能耗回收生物柴油生產(chǎn)中過量甲醇的裝置。包括預(yù)酯化裝置、轉(zhuǎn)酯化裝置及膜分離甲醇回收裝置三部分。預(yù)酯化裝置主設(shè)備包括裝有固體酸催化劑的固定床反應(yīng)器，分離甲醇和油脂的連續(xù)分相器。轉(zhuǎn)酯化裝置主設(shè)備包括活塞流反應(yīng)器和分離粗甘油和粗生物柴油的連續(xù)分相器。膜分離甲醇回收裝置包括滲透汽化膜組件，還包括與滲透汽化膜組件連通的由冷凝器和接收罐組成的甲醇蒸汽冷凝接收裝置，及由滲透液冷凝系統(tǒng)、水接收罐、緩沖罐和真空泵組成的透過液的冷凝接收裝置。本實(shí)用新型在降低生產(chǎn)過程成本的同時，實(shí)現(xiàn)地溝油生物柴油的連續(xù)生產(chǎn)，形成綠色環(huán)保的生產(chǎn)工藝。
文檔編號C07C29/76GK202022865SQ201120115949
公開日2011年11月2日 申請日期2011年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月19日
發(fā)明者呂鵬梅, 王忠銘, 祝春芳, 袁振宏, 黃大隆 申請人:中國科學(xué)院廣州能源研究所